JP2526335B2 - 立坑の構築方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、立坑の構築方法に関
し、特に道路，鉄道，上下水道等の大深度トンネル用の
発進立坑を形成するのに適した立坑の構築方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、深さ７０ｍ以上に達する大深度立
坑の構築に際しては、高水圧対策等から、連続地中壁又
はニューマチックケーソン工法が採用されていた。

【０００３】前記連続地中壁を用いた大深度立坑では、
３〜４ｍごとに円形リングを上方から順次構築し、上方
から下方へコンクリート打ちを行なって連続壁に沿った
支保工を形成する逆巻き工法により立坑を構築してい
た。

【０００４】また、ニューマチックケーソン工法では、
底部にスラブ構造を設けた作業室から土砂を排出しなが
らこれを沈下させ、所定の支持層に到達させるようにし
たもので、作業室内に浸入する水を排除するため、作業
室に圧縮空気を供給するようにしていた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】前記従来の連続地中壁
を用いた大深度立坑では、３〜４ｍの掘削毎に円形リン
グの構築及びコンクリート打ちを行う必要があり、工期
が長くかかり、場合によっては数年を要することもある
という問題があった。

【０００６】また、地中壁下端からの高圧の地下水の浸
透により、ボイリングや盤ぶくれのおそれが高く、その
対応策のためにコストアップが余儀なくされているとい
う問題があった。

【０００７】さらに、ニューマチックケーソン工法によ
り大深度立坑を構築する場合には、地下水を安全に征服
できるが、圧気下での作業であり、圧力が増加すると、
健康管理上、加圧減圧に多くの時間を要し、実作業時間
が極端に短くなり、作業能率が低下し、工期も長くかか
るという問題があった。

【０００８】本発明は、前記従来の問題点に鑑みて成さ
れたものであって、その目的は、大深度立坑に要する工
期の短縮，コストダウン化，高水圧対策等をすべて解決
し、安全な施工が可能な立坑の構築方法を提供すること
にある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、前記目的を達
成するためになしたもので、請求項１の発明は、拡径掘
削手段を備えた掘削機により泥水掘削を行なって地中に
溝孔を形成する工程と、前記溝孔の先端部に前記拡径掘
削手段を用いて拡大溝孔部を形成し、前記溝孔内に、側
方に突出可能な筒状体を縮小状態でその先端部に内包し
た筒状の水密性構造体を沈設する工程と、前記筒状体を
前記拡大溝孔部内で突出させる工程と、前記溝孔の孔壁
と前記水密性構造体の外周及び前記筒状体の外周との間
隙を固化させる工程とを含み、前記筒状体をシールド掘
進機の発進用坑口とする立坑の構築方法であって、前記
水密性構造体の先端部に内包した筒状体は、泥水側と筒
状体内部とを仕切る隔壁を有すると共に、前記筒状体内
部が高水圧部と接続し、前記高水圧部に加圧水を供給す
ることによって前記水密性構造体先端部側面に形成した
開口部より泥水中に推進突出させることを特徴としてい
る。

【００１０】また、請求項２の発明は、請求項１におい
て、前記水密性構造体は、プレキャストコンクリート版
を水密性継手により接続して組立てられることを特徴と
している。

【００１１】

【作用】前記構成の立坑の構築方法にあっては、掘削機
により泥水掘削を行なって地中に溝孔を形成することに
より、ある程度大きな口径を持った大深度の立坑を短期
間で安全に構築することができ、工期の短縮，低コスト
化が可能となる。

【００１２】また、掘削機の拡径掘削手段を用いて拡大
溝孔部を形成することにより、前記溝孔の先端部を容易
に拡大することができ、この拡大溝孔部の大きさを十分
にとることによりシールド機の搬入、組立が容易とな
り、かつ上部側の溝孔を最小限の口径に抑えることがで
き、そのため掘削効率の向上が可能となり、いっそう低
コスト化が期待できる。

【００１３】さらに、掘削，水密性構造体の沈設，坑口
拡大等の作業を水中作業で処理することができるため、
大深度特有の高水圧対策を特別に講ずる必要がない。

【００１４】また、加圧水を高水圧部に地上より供給す
ることにより筒状体を突出させることができ、安全に作
業することができる。

【００１５】そしてさらに、筒状体及び水密性構造体の
外周を泥水固化させることにより、止水ゾーンを形成す
ることができ、漏水対策になり、シールド発進防護も兼
ねることが可能となる。

【００１６】

【実施例】以下、本発明の好適な実施例について、図面
を参照して詳細に説明する。

【００１７】図１〜図７は、本発明の一実施例に係る立
坑の構築方法を示す図である。

【００１８】まず、図１に示すように、地面１０に口元
ケーシングを圧入後、ハンマグラブ等で地面を所定深さ
掘削して口元１４を形成する。この口元１４は、構築し
ようとする立坑の口径よりも大きめに形成しておく。

【００１９】次に、図２に示すように前記口元１４に、
掘削機としてのリバースサーキュレーションドリル機１
６を設置し、このリバースサーキュレーションドリル機
１６にて前記口元１４から掘削して溝孔１８を形成す
る。このリバースサーキュレーションドリル機１６は、
口元１４上に設置したベース２０にロータリーテーブル
２２を取り付け、このロータリーテーブル２２に内部中
空のドリルロッド２４を垂下支持させ、このドリルロッ
ド２４の先端に掘削ビット２６を取り付けるようになっ
ている。そして、ロータリーテーブル２２及びドリルロ
ッド２４により掘削ビット２６が回転し、この掘削ビッ
ト２６の回転により、掘削した土砂をドリルロッド２４
を介して水と共に吸い上げ、溝孔１８に排出して沈殿池
に導き、そこで土砂を沈殿させた後、その表面水を再び
溝孔１８内に還流し、泥水２８を溝孔１８内に入れたま
ま掘削を行うようになっている。この場合、泥水２８の
水圧が側圧に対抗すると同時に泥水２８の粘土，シルト
の微粒子を壁面に浸透付着させて泥皮膜を作るので、土
砂の崩壊を防ぐことができ、また水の流れが逆循環であ
るため、ドリルロッド２４内の流速は速いが溝孔１８内
の流れは非常に緩慢なので溝孔１８の内壁を痛める心配
は少ない。

【００２０】また、掘削ビット２６は、口径７ｍ〜１２
ｍ程度の大口径の物を用いている。なお、この掘削ビッ
ト２６は、ドリルロッド２４に取り付けたスタビライザ
３０によって振れどめがなされ、安定した掘削が成し得
るようになっている。

【００２１】このように、リバースサーキュレーション
ドリル機１６によって溝孔１８の掘削を行うため、連続
的な掘削を行うことができ、７０ｍ以上の大深度の立坑
でも短期間に掘削ができ、コストも削減できることとな
る。

【００２２】さらに、前記掘削ビット２６には、拡径掘
削手段としての拡翼ビット３２が伸縮可能に取り付けら
れるようになっている。

【００２３】次いで、図３に示すように、リバースサー
キュレーションドリル機１６の掘削ビット２６によって
溝孔１８の先端部付近まで掘削した状態において、前記
掘削ビット２６に取り付けた拡翼ビット３２を広げ、溝
孔１８の先端部に拡大溝孔部３４を形成する。この場
合、拡翼ビット３２の口径が１２ｍ〜１５ｍに設定さ
れ、拡大溝孔部３４を大きくとることができるため、溝
孔１８の口径を最小限に抑えることができ、そのため溝
孔１８の掘削期間をよりいっそう短くすることが可能と
なる。またこの拡翼ビット３２による掘削の際には、前
記スタビライザ３０を溝孔１８内に位置決めし、掘削ビ
ット２６及び拡翼ビット３２部分のみをスライドロッド
３６を移動させて掘削することにより、掘削時の安定化
を図るようにしている。

【００２４】次に、前記拡大溝孔部３４の掘削終了後、
図４に示すように、リバースサーキュレーションドリル
機１６を取り外し、前記溝孔１８内に先端部に側方に突
出可能な２つの筒状体３８，３９を縮小状態で内包した
筒状の水密性構造体４０を沈設する。水密性構造体４０
は、プレキャストコンクリート版等で形成された短尺筒
状の構造材４１を複数上下方向に水密性の継手などによ
り水密状態で長尺筒状に組立て連結されている。

【００２５】この水密性構造体４０の内径は、シールド
掘削機の分割ブロック長よりも大きく設定しておく必要
がある。

【００２６】また、水密性構造体４０の先端部に内包さ
れる筒状体３８，３９は、図６〜図１０に示すように、
シールド掘削機４１の外径よりも大きな内径を有する円
形筒状のものとなっており、各筒状体３８，３９はそれ
ぞれ２つの筒部３８ａ，３８ｂ，３９ａ，３９ｂを接続
部３８ｃ，３９ｃを介し軸方向に着脱可能に連結された
状態となっている。更に、各筒状体３８，３９には、泥
水２８側と筒状体３８，３９の内部とを仕切る隔壁５
０，５１が設けられると共に、筒状体３９の内側端内壁
面と筒状体３８の外壁面との間に水圧シールド材として
水圧パッキン４３を設けて筒状体３８，３９内を水密シ
ールするようになっている。

【００２７】そして、筒状体３９に加圧水供給パイプ４
５を接続し、この加圧水供給パイプ４５より加圧水を供
給することによって、筒状体３８，３９内に高水圧部４
７を形成するようにしている。なお、加圧水は筒状体３
８，３９隙間を通って高水圧部４７に達するようになっ
ている。

【００２８】また、筒状体３８の外側端外壁面と水密構
造体４０の先端部に形成した筒状体３８突出用の開口部
５４内壁面との間を水密シール材５５にて密封すると共
に、他方の筒状体３９の外側端外壁面と水密構造体４０
の先端部に形成した筒状体３９突出用の開口部５６内壁
面との間を圧力制御シール材５７にて密封するようにし
ている。

【００２９】この圧力制御シール材５７は、図示せぬ
が、耐圧性チューブ内にエアーを供給し、このチューブ
内の圧力を調整することによって開口部５６の内壁面及
び筒状体３９の外壁面に対する密着度を変化させ得るよ
うになっている。

【００３０】従って、この圧力制御シール材５７の圧力
を高くして筒状体３９を固定した状態にし、加圧水供給
パイプ４５によって高水圧部４７内に高圧水を供給する
と、筒状体３８が開口部５４より拡大溝孔部３４内に突
出し、その後圧力制御シール材５７のエアーを若干抜い
て圧力を低くすると、高水圧部４７内の高圧水によって
筒状体３９が開口部５６より拡大溝孔部３４内に突出す
るようになっている。

【００３１】なお、前記水圧パッキン４３及び水密シー
ル材５５としては、例えば筒状体３８，３９の移動を可
能とするリップシール，エントランスパッキン，ダルマ
パッキン等を採用することが可能である。

【００３２】また、本実施例においては、前記シールド
掘削機４１は、一方向にのみ掘進するようになってお
り、その掘進口として前記筒状体３８が用いられるもの
で、この筒状体３８の隔壁５０を筒状体３８の外側端よ
りも中央側位置に設け、水密構造体４０内外の泥水との
区画を行うと共に、筒状体３８の突出時に隔壁５０の外
側部分にも泥水固化部分を形成して筒状体３８の強度を
その泥水固化部分にもたせることで強度向上を図るよう
にしている。

【００３３】なお、筒状体３９の隔壁５１内側部には、
シールド掘削機４１の掘進時における反力を受ける反力
受部材６０が取付けられるようになっている。従って、
シールド掘進時における坑口の地盤改良を不要にして作
業効率を向上させることが可能となる。

【００３４】そして、連結された水密性構造体４０をク
レーン等にて吊り下げ、前記溝孔１８内に沈下させる。
この場合、水密性構造体４０内に泥水４４を注入し、浮
力を調整しつつ沈下させていく。また、水密性構造体４
０の外周と溝孔１８の孔壁との間には、隙間が形成され
ており、前記水密性構造体４０などの沈下と共に、溝孔
１８内の泥水２８が加圧されて口元１４から排出され、
溝孔１８内の泥水２８の排水作業は特別行う必要がな
い。なお水密性構造体４０は、適宜継ぎ足されて溝孔１
８内に挿入される。

【００３５】そして、図５に示すように、水密性構造体
４０の先端部が拡大溝孔部３４の底部まで沈下した状態
において、地上より圧力制御シール材５７を加圧して筒
状体３９を固定し、加圧水供給パイプ４５を介して高水
圧部４７内に加圧水を供給して、筒状体３８を水密性構
造体４０の側面より突出させた後、圧力制御シール材５
７を減圧した筒状体３９を水密性構造体４０の側面より
突出させ、拡大溝孔部３４内に進出させて水密性構造体
４０の先端部内にシールド発進用の拡大した坑口４６を
形成する。この場合、筒状体３８の内径がシールド掘進
機の外径よりも大きく形成されているため、坑口４６は
シールドを挿入するに十分な大きさに形成されることと
なる。

【００３６】そしてさらに、前記坑口４６を形成した
後、溝孔１８の孔壁と、水密性構造体４０の外周及び筒
状体３８の外周との間の間隙を泥水固化させる。このよ
うに、前記間隙を泥水固化させることにより、その周り
に止水ゾーンが形成され、漏水対策になる上に、シール
ド発進防護も兼ねることが可能となる。

【００３７】そしてこの状態で、筒状体３８，３９接続
部３８ｃ，３９ｃを外し、筒部３８ｂ，３９ｂを取除い
て、隔壁５０を撤去し、かつ筒状体３９内に作業ヤード
６２を構築し、坑口４６にシールド掘進機４１を設置し
て掘削推進させていけば良く、シールド推進のための作
業スペースも十分に確保することが可能となるものであ
る。

【００３８】尚、シールド掘進機は、予め地上で組立て
て坑口４６まで搬入しても良く、あるいは、部品を坑口
４６に搬入し坑口４６内で組立てるようにしても良い。

【００３９】本発明は、前記実施例に限定されるもので
はなく、本発明の要旨の範囲内において、種々の変更が
可能である。

【００４０】例えば、掘削機としてリバースサーキュレ
ーションドリル機を用いているが、これに限らず、ジェ
ット噴流による掘削機、その他のものを用いることも可
能である。

【００４１】また、拡径掘削手段として拡翼ビットを用
いているが、これに限らず、前記と同様にジェット噴流
によるもの、その他のものを用いることも可能である。

【００４２】更に、本実施例においては掘削ビット及び
拡翼ビット３２にて円形状断面の溝孔１８及び拡大溝孔
部３４を形成するようにしているが、これに限らず、矩
形断面図の溝孔及び拡大溝孔部を形成することも可能で
ある。

【００４３】そして更に、水密性構造体４０に、プレキ
ャストコンクリート版製のものを用いているが、これに
限らず鋼材製のものを用いることも可能である。

【００４４】また、溝孔の孔壁と水密性構造体の外周と
の間隙を泥水固化させるようにしているが、これに限ら
ず、コンクリート置換による固化手段を採用することも
可能である。

【００４５】更に、シールド掘削機によって一方向にの
み掘進する例について示したが、これに限らず二方向以
上でも可能である。

【００４６】また、本実施例においては掘削ビット及び
拡翼ビット３２にて円形状断面の溝孔１８及び拡大溝孔
部３４を形成するようにしているが、これに限らず矩形
断面の溝孔及び拡大溝孔部を形成することも可能であ
る。

【００４７】更に、拡翼ビット３２にて溝孔１８の底部
にのみ拡大溝孔部３４を形成し、水密性構造体４０の先
端部にのみ筒状体３８，３９を設けた例を示したが、こ
れに限らず、溝孔１８の途中位置にも拡大溝孔部を形成
し、かつ水密性構造体４０の対応途中位置にも筒状体を
設けて立坑の途中に拡大した作業用，資材置き等の空間
を形成することも可能である。

【００４８】

【発明の効果】前記構成の立坑の構築方法にあっては、
掘削機により泥水掘削を行なって地中に溝孔を形成する
ことにより、土砂の崩壊を防止しつつ容易に溝孔を形成
でき、しかもある程度大きな口径を持った大深度の立坑
を短期間で構築することができ、工期の短縮，低コスト
化がなし得る。

【００４９】また、掘削機の拡径掘削手段を用いて拡大
溝孔部を形成することにより、前記溝孔の先端部を容易
に拡大することができ、この拡大溝孔部の大きさを十分
にとることにより、シールド掘進機の搬入、組立が容易
となり、掘削効率の向上が可能となり、いっそう低コス
ト化が期待できる。

【００５０】さらに、溝孔の掘削，水密性構造体の沈
設，拡大溝孔部形成等の作業を水中作業で処理すること
ができるため、大深度特有の高水圧対策を特別に講ずる
必要がない。

【００５１】また、加圧水を高水圧部に地上より供給す
ることにより筒状体を突出させることができ、安全に作
業することができる。

【００５２】そしてさらに、溝孔の孔壁と水密性構造体
の外周との間隙を固化させることにより、止水ゾーンを
形成することができ、漏水対策になり、シールド掘進機
の発進防護も兼ねることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る立坑の構築方法におけ
る口元の構築状態を示す断面図である。

【図２】図１の状態からリバースサーキュレーションド
リル機にて溝孔を形成する状態を示す断面図である。

【図３】図２の状態から拡大溝孔部を形成する状態を示
す断面図である。

【図４】リバースサーキュレーションドリル機にて形成
した溝孔内に水密性構造体を沈設する状態を示す断面図
である。

【図５】図４において沈設した水密性構造体の筒状体に
より坑口を形成し、その外周を泥水固化させた状態を示
す断面図である。

【図６】筒状体の縮小時の状態を示す断面図である。

【図７】図６の状態から一方のの筒状体を突出させた状
態を示す断面図である。

【図８】図７の状態から他方の筒状体を突出させた状態
を示す断面図である。

【図９】図８の状態からシールド掘進可能にした状態を
示す断面図である。

【図１０】図９の筒状体位置における横断面図である。

【符号の説明】

１２ 口元ケーシング １４ 口元 １６ リバースサーキュレーションドリル機 １８ 溝孔 ２８ 泥水 ３２ 拡翼ビット ３４ 拡大溝孔部 ３８，３９ 筒状体 ４０ 水密性構造体 ４１ シールド掘削機 ４３ 水圧パッキン ４６ 坑口 ４７ 高水圧部 ５０，５１ 隔壁 ５４，５６ 開口部 ５５ 水密シール材 ５７ 圧力制御シール材
ＴＤ００５４０１

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 拡径掘削手段を備えた掘削機により泥水
   掘削を行なって地中に溝孔を形成する工程と、 前記溝孔の先端部に前記拡径掘削手段を用いて拡大溝孔
   部を形成し、 前記溝孔内に、側方に突出可能な筒状体を縮小状態でそ
   の先端部に内包した筒状の水密性構造体を沈設する工程
   と、 前記筒状体を前記拡大溝孔部内で突出させる工程と、 前記溝孔の孔壁と前記水密性構造体の外周及び前記筒状
   体の外周との間隙を固化させる工程を含み、 前記筒状体をシールド掘進機の発進用坑口とする立坑の
   構築方法であって、 前記水密性構造体の先端部に内包した筒状体は、泥水側
   と筒状体内部とを仕切る隔壁を有すると共に、前記筒状
   体内部が高水圧部と接続し、前記高水圧部に加圧水を供
   給することによって、前記水密性構造体の先端部側面に
   形成した開口部より泥水中に推進突出させることを特徴
   とする立坑の構築方法。
2. 【請求項２】 請求項１において、 前記水密性構造体は、プレキャストコンクリート版を水
   密性継手により接続して組立てられることを特徴とする
   立坑の構築方法。